JP3846355B2

JP3846355B2 - Exhaust gas purification device for internal combustion engine

Info

Publication number: JP3846355B2
Application number: JP2002113679A
Authority: JP
Inventors: 好一郎中谷; 信也広田
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2002-04-16
Filing date: 2002-04-16
Publication date: 2006-11-15
Anticipated expiration: 2022-04-16
Also published as: JP2003307119A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は内燃機関の排気浄化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
流入する排気ガスの空燃比がリーンのときに流入する排気ガス中のＮＯ_Ｘを蓄え、流入する排気ガスの空燃比が低下したときに排気ガス中に還元剤が含まれていると蓄えているＮＯ_Ｘを還元して蓄えているＮＯ_Ｘの量が減少するＮＯ_Ｘ触媒を、機関排気通路から分岐して環状に延びた後に機関排気通路に戻る環状分岐通路内に配置し、排気ガスを環状分岐通路の一端に導きながらこのとき環状分岐通路の他端から環状分岐通路の一端よりも下流の機関排気通路内に排気ガスが流出するようにするか、又は排気ガスを環状分岐通路の他端に導きながらこのとき環状分岐通路の一端から環状分岐通路の他端よりも下流の機関排気通路内に排気ガスが流出するようにするかを切り替えるための切替弁を具備した内燃機関の排気浄化装置が公知である（特開２００１−２７１１４号公報参照）。なお、本明細書では排気通路の或る位置よりも上流の排気通路、燃焼室、及び吸気通路内に供給された空気と炭化水素ＨＣ及び一酸化炭素ＣＯとの比をその位置における排気ガスの空燃比と称している。
【０００３】
ところで、ＮＯ_Ｘ触媒が蓄えうるＮＯ_Ｘの量には限界があり、従ってＮＯ_Ｘ触媒内に蓄えられたＮＯ_Ｘの量が許容量を越えたときにはＮＯ_Ｘ触媒内に流入する排気ガスの空燃比を低下させかつＮＯ_Ｘ触媒に還元剤を供給し、それによりＮＯ_Ｘ触媒内に蓄えられているＮＯ_Ｘの量を減少させる必要がある。そこで上述した公報では、内燃機関で燃焼せしめられる混合気の空燃比を一時的に理論空燃比又はリッチ空燃比に切り替えるようにしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ＮＯ_Ｘ触媒内に流入する排気ガスの空燃比を低下させかつＮＯ_Ｘ触媒に還元剤を供給する方法には様々な方法が知られており、例えば切替弁とＮＯ_Ｘ触媒間の環状分岐通路内にＮＯ_Ｘ触媒に還元剤を供給するための還元剤供給弁を配置することも可能である。
【０００５】
しかしながら、このようにすると還元剤供給弁をＮＯ_Ｘ触媒から十分に離間することができない場合がある。この場合には還元剤供給弁から供給された還元剤と排気ガスとが十分に混合することができず、その結果ＮＯ_Ｘ触媒全体に還元剤を供給することができず、従ってＮＯ_Ｘ触媒全体をＮＯ_Ｘ浄化のために有効に利用することができないという問題点がある。
【０００６】
そこで本発明の目的は、ＮＯ_Ｘ触媒全体をＮＯ_Ｘ浄化のために有効に利用することができる内燃機関の排気浄化装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために１番目の発明によれば、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときに流入する排気ガス中のＮＯ_Ｘを蓄え、流入する排気ガスの空燃比が低下したときに排気ガス中に還元剤が含まれていると蓄えているＮＯ_Ｘを還元して蓄えているＮＯ_Ｘの量が減少するＮＯ_Ｘ触媒を、機関排気通路から分岐して環状に延びた後に機関排気通路に戻る環状分岐通路内に配置し、排気ガスを環状分岐通路の一端に導きながらこのとき環状分岐通路の他端から環状分岐通路の一端よりも下流の機関排気通路内に排気ガスが流出する順流位置と、排気ガスを環状分岐通路の他端に導きながらこのとき環状分岐通路の一端から環状分岐通路の他端よりも下流の機関排気通路内に排気ガスが流出する逆流位置との間を切り替え可能な切替弁を具備し、ＮＯ_Ｘ触媒に還元剤を供給するための還元剤供給弁を切替弁とＮＯ _Ｘ触媒間の環状分岐通路内に配置した内燃機関の排気浄化装置において、複数の還元剤供給弁を具備し、これら還元剤供給弁をＮＯ_Ｘ触媒の一端面に対面配置し、切替弁が順流位置から逆流位置に又はその逆に切り替えられると環状分岐通路内を流通する排気ガスの量が一時的に減少しその分だけ環状分岐通路を迂回する排気ガスの量が増大するようになっており、切替弁が順流位置から逆流位置に又はその逆に切り替えられそれによりＮＯ _Ｘ触媒部分内を流通する排気ガスの量が減少されたときに還元剤供給弁からそれぞれ対面するＮＯ _Ｘ触媒部分に還元剤を供給すると共に、ＮＯ _Ｘ触媒部分内を流通する排気ガスの量がそれぞれわずかな量になったときにこれらＮＯ _Ｘ触媒部分に還元剤がそれぞれ供給されるように、還元剤供給弁毎に還元剤供給時期を設定している。
【０００８】
また、２番目の発明によれば１番目の発明において、還元剤供給弁により形成される還元剤の噴霧によってＮＯ_Ｘ触媒の一端面のほぼ全体が覆われるように還元剤供給弁をそれぞれ位置決めしている。
【００１１】
また、３番目の発明によれば１番目の発明において、ＮＯ_Ｘ触媒が環状分岐通路内に互いに並列配置された複数のＮＯ_Ｘ触媒から構成されており、複数の還元剤供給弁をそれぞれ対応するＮＯ_Ｘ触媒の一端面に対面配置している。
【００１４】
また、４番目の発明によれば１番目の発明において、ＮＯ_Ｘ触媒が排気ガス中に含まれる微粒子を捕集するためのパティキュレートフィルタ上に担持されている。
また、５番目の発明によれば４番目の発明において、パティキュレートフィルタ上に堆積した微粒子の量が許容量を越えたときに切替弁が順流位置から逆流位置にまたはその逆に切り替えられる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図１は本発明を圧縮着火式内燃機関に適用した場合を示している。なお、本発明は火花点火式内燃機関にも適用することもできる。
【００１６】
図１を参照すると、１は機関本体、２はシリンダブロック、３はシリンダヘッド、４はピストン、５は燃焼室、６は電気制御式燃料噴射弁、７は吸気弁、８は吸気ポート、９は排気弁、１０は排気ポートを夫々示す。吸気ポート８は対応する吸気枝管１１を介してサージタンク１２に連結され、サージタンク１２は吸気ダクト１３を介して排気ターボチャージャ１４のコンプレッサ１５に連結される。吸気ダクト１３内にはステップモータ１６により駆動されるスロットル弁１７が配置され、更に吸気ダクト１３周りには吸気ダクト１３内を流れる吸入空気を冷却するための冷却装置１８が配置される。図１に示される実施例では機関冷却水が冷却装置１８内に導かれ、機関冷却水によって吸入空気が冷却される。
【００１７】
一方、排気ポート１０は排気マニホルド１９及び排気管２０を介して排気ターボチャージャ１４の排気タービン２１に連結され、排気タービン２１の出口は排気管２０ａを介して触媒コンバータ２２に接続される。
【００１８】
図１と共に図２を参照すると、触媒コンバータ２２はステップモータ６０により駆動される切替弁６１を具備し、この切替弁６１の流入ポート６２に排気管２０ａの出口が接続される。また、流入ポート６２に対向する切替弁６１の流出ポート６３には触媒コンバータ２２の排気ガス排出管６４が接続される。切替弁６１は更に、流入ポート６２及び流出ポート６３を結ぶ直線の両側において互いに対向する一対の流入流出ポート６５，６６を有しており、これら流入流出ポート６５，６６には触媒コンバータ２２の環状排気管６７の両端がそれぞれ接続される。なお、排気ガス排出管６４の出口には排気管２３が接続される。
【００１９】
環状排気管６７は排気ガス排出管６４を貫通して延びており、環状排気管６７の排気ガス排出管６４内に位置する部分にはフィルタ収容室６８が形成される。このフィルタ収容室６８内には排気ガス中の微粒子を捕集するためのパティキュレートフィルタ６９が収容される。なお、図２において６９ｆ及び６９ｒはパティキュレートフィルタ６９の一端面及び他端面をそれぞれ示している。
【００２０】
パティキュレートフィルタ６９の一端面を含む触媒コンバータ２２の部分縦断面図を示す図２（Ａ）、及び触媒コンバータ２２の部分横断面図を示す図２（Ｂ）に示されるようにパティキュレートフィルタ６９はハニカム構造をなしており、互いに平行をなして延びる複数個の排気ガス通路７０，７１を具備する。これら排気ガス通路は一端が開放されかつ他端が通気性のないシール材７２により閉塞されている排気ガス通路７０と、他端が開放されかつ一端が通気性のないシール材７３により閉塞されている排気ガス通路７１とにより構成される。なお、図２（Ａ）においてハッチングを付した部分はシール材７３を示している。これら排気ガス通路７０，７１は例えばコージェライトのような多孔質材から形成される薄肉の隔壁７４を介して交互に配置される。云い換えると排気ガス通路７０，７１は各排気ガス通路７０が４つの排気ガス通路７１によって包囲され、各排気ガス通路７１が４つの排気ガス通路７０によって包囲されるように配置される。
【００２１】
パティキュレートフィルタ６９上には後述するようにＮＯ_Ｘ触媒が担持されている。一方、切替弁６１の流出ポート６３と環状排気管６７が貫通している部分との間の排気ガス排出管６４内には触媒収容室７５が形成されており、この触媒収容室７５内には追加の触媒、例えば追加のＮＯ_Ｘ触媒７６が収容される。
【００２２】
また、切替弁６１の流入流出ポート６５とパティキュレートフィルタ６９との間の環状排気管６７にはパティキュレートフィルタ６９に還元剤を間欠的に供給するための電気制御式還元剤供給弁７７ａ，７７ｂが取り付けられる。ここで、パティキュレートフィルタ６９が環状排気管６７内に互いに並列配置されたフィルタ部分ＦＰＡ及びフィルタ部分ＦＰＢから構成されていると考えると、フィルタ部分ＦＰＡに対し還元剤供給弁７７ａが設けられ、フィルタ部分ＦＰＢに対し還元剤供給弁７７ｂが設けられる。これら還元剤供給弁７７ａ，７７ｂはパティキュレートフィルタ６９の一端面６９ｆにそれぞれ対面配置される。なお、還元剤供給弁７７ａ，７７ｂには電気制御式の還元剤ポンプ７８から還元剤がそれぞれ供給される。還元剤には液体又は気体の炭化水素のほか水素や尿素などを用いることができるが、本発明による実施例では還元剤として燃料即ち軽油が用いられている。
【００２３】
更に図１を参照すると、排気マニホルド１９とサージタンク１２とは排気ガス再循環（以下、ＥＧＲと称す）通路２４を介して互いに連結され、ＥＧＲ通路２４内には電気制御式ＥＧＲ制御弁２５が配置される。また、ＥＧＲ通路２４周りにはＥＧＲ通路２４内を流れるＥＧＲガスを冷却するための冷却装置２６が配置される。図１に示される実施例では機関冷却水が冷却装置２６内に導かれ、機関冷却水によってＥＧＲガスが冷却される。
【００２４】
一方、各燃料噴射弁６は燃料供給管６ａを介して燃料リザーバ、いわゆるコモンレール２７に連結される。このコモンレール２７内へは電気制御式の吐出量可変な燃料ポンプ２８から燃料が供給され、コモンレール２７内に供給された燃料は各燃料供給管６ａを介して燃料噴射弁６に供給される。コモンレール２７にはコモンレール２７内の燃料圧を検出するための燃料圧センサ２９が取付けられ、燃料圧センサ２９の出力信号に基づいてコモンレール２７内の燃料圧が目標燃料圧となるように燃料ポンプ２８の吐出量が制御される。
【００２５】
電子制御ユニット４０はデジタルコンピュータからなり、双方向性バス４１によって互いに接続されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）４２、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）４３、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）４４、入力ポート４５及び出力ポート４６を具備する。燃料圧センサ２９の出力信号は対応するＡＤ変換器４７を介して入力ポート４５に入力される。また、パティキュレートフィルタ６９のフィルタ部分ＦＰＡ及びフィルタ部分ＦＰＢにはこれらフィルタ部分ＦＰＡ及びフィルタ部分ＦＰＢの温度に比例した出力電圧をそれぞれ発生する温度センサ４８ａ，４８ｂが取り付けられ、これら温度センサ４８ａ，４８ｂの出力電圧は対応するＡＤ変換器４７を介して入力ポート４５にそれぞれ入力される。更に、アクセルペダル５０にはアクセルペダル５０の踏み込み量に比例した出力電圧を発生する負荷センサ５１が接続され、負荷センサ５１の出力電圧は対応するＡＤ変換器４７を介して入力ポート４５に入力される。更に入力ポート４５にはクランクシャフトが例えば３０°回転する毎に出力パルスを発生するクランク角センサ５２が接続される。
【００２６】
一方、出力ポート４６は対応する駆動回路４８を介して燃料噴射弁６、スロットル弁駆動用ステップモータ１６、ＥＧＲ制御弁２５、燃料ポンプ２８、切替弁駆動用ステップモータ６０、還元剤供給弁７７ａ，７７ｂ、及び還元剤ポンプ７８にそれぞれ接続される。
【００２７】
切替弁６１は通常、図３（Ｂ）において実線で示される位置と破線で示される位置とのうちいずれか一方に位置せしめられる。切替弁６１が図３（Ｂ）において実線で示される位置に位置せしめられると、流入ポート６２が切替弁６１によって流出ポート６３及び流入流出ポート６６との連通が遮断されながら流入流出ポート６５に連通され、流出ポート６３が切替弁６１によって流入流出ポート６６に連通される。その結果、図３（Ｂ）において実線の矢印で示されるように内燃機関から排出された全ての排気ガスが流入ポート６２及び流入流出ポート６５を順次介して環状排気管６７内に流入し、次いで一端面６９ｆを介しパティキュレートフィルタ６９内に流入し、他端面６９ｒを介しパティキュレートフィルタ６９から流出した後に流入流出ポート６６及び流出ポート６３を順次介して排気ガス排気出管６４内に流出する。
【００２８】
これに対し、切替弁６１が図３（Ｂ）において破線で示される位置に位置せしめられると、流入ポート６２が切替弁６１によって流出ポート６３及び流入流出ポート６５との連通が遮断されながら流入流出ポート６６に連通され、流出ポート６３が切替弁６１によって流入流出ポート６５に連通される。その結果、図３（Ｂ）において破線の矢印で示されるように内燃機関から排出された全ての排気ガスが流入ポート６２及び流入流出ポート６６を順次介して環状排気管６７内に流入し、次いで他端面６９ｒを介しパティキュレートフィルタ６９内に流入し、一端面６９ｆを介しパティキュレートフィルタ６９から流出した後に流入流出ポート６５及び流出ポート６３を順次介して排気ガス排出管６４内に流出する。
【００２９】
このように切替弁６１の位置を切り替えることによって環状排気管６７内における排気ガスの流れが反転する。以下では、図３（Ｂ）において実線で示される排気ガスの流れを順流と称し、破線で示される排気ガスの流れを逆流と称することにする。また、図３（Ｂ）において実線で示される切替弁６１の位置を順流位置と称し、破線で示される切替弁６１の位置を逆流位置と称する。
【００３０】
流出ポート６６を介し排気ガス排出管６４内に流出した排気ガスは図３（Ａ）及び（Ｂ）に示されるように、次いで追加の触媒７６を通過し、環状排気管６７の外周面に沿いつつ進行した後に排気管２３内に流出する。
【００３１】
パティキュレートフィルタ６９における排気ガスの流れを説明すると、順流時には排気ガスは一端面６９ｆを介しパティキュレートフィルタ６９内に流入し、他端面６９ｒを介しパティキュレートフィルタ６９から流出する。このとき、排気ガスは一端面６９ｆ内に開口している排気ガス通路７０内に流入し、次いで周囲の隔壁７４内を通って隣接する排気ガス流出通路７１内に流出する。一方、逆流時には排気ガスは他端面６９ｒを介しパティキュレートフィルタ６９内に流入し、一端面６９ｆを介しパティキュレートフィルタ６９から流出する。このとき、排気ガスは他端面６９ｒ内に開口している排気ガス通路７１内に流入し、次いで周囲の隔壁７４内を通って隣接する排気ガス流出通路７０内に流出する。
【００３２】
パティキュレートフィルタ６９の隔壁７４の両側面及び細孔内壁面上には図４に示されるようにＮＯ_Ｘ触媒８０がそれぞれ担持されている。このＮＯ_Ｘ触媒は例えばアルミナを担体とし、この担体上に例えばカリウムＫ、ナトリウムＮａ、リチウムＬｉ、セシウムＣｓのようなアルカリ金属、バリウムＢａ、カルシウムＣａのようなアルカリ土類、ランタンＬａ、イットリウムＹのような希土類から選ばれた少なくとも一つと、白金Ｐｔ、パラジウムＰｄ、ロジウムＲｈ、イリジウムＩｒのような貴金属とが担持されている。追加のＮＯ_Ｘ触媒７６も同様に構成される。
【００３３】
ＮＯ_Ｘ触媒は流入する排気ガスの平均空燃比がリーンのときにはＮＯ_Ｘを蓄え、流入する排気ガスの空燃比が低下したときに排気ガス中に還元剤が含まれていると蓄えているＮＯ_Ｘを還元して蓄えているＮＯ_Ｘの量を減少させる蓄積還元作用を行う。
【００３４】
ＮＯ_Ｘ触媒の蓄積還元作用の詳細なメカニズムについては完全には明らかにされていない。しかしながら、現在考えられているメカニズムを、担体上に白金Ｐｔ及びバリウムＢａを担持させた場合を例にとって簡単に説明すると次のようになる。
【００３５】
即ち、ＮＯ_Ｘ触媒に流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比よりもかなりリーンになると流入する排気ガス中の酸素濃度が大巾に増大し、酸素Ｏ_２がＯ_２ ⁻又はＯ^２−の形で白金Ｐｔの表面に付着する。一方、流入する排気ガス中のＮＯは白金Ｐｔの表面上でＯ_２ ⁻又はＯ^２−と反応し、ＮＯ_２となる（２ＮＯ＋Ｏ_２→２ＮＯ_２）。次いで生成されたＮＯ_２の一部は白金Ｐｔ上でさらに酸化されつつＮＯ_Ｘ触媒内に吸収されて酸化バリウムＢａＯと結合しながら、硝酸イオンＮＯ_３ ⁻の形でＮＯ_Ｘ触媒内に拡散する。このようにしてＮＯ_ＸがＮＯ_Ｘ触媒内に蓄えられる。
【００３６】
これに対し、ＮＯ_Ｘ触媒に流入する排気ガスの空燃比がリッチ又は理論空燃比になると、排気ガス中の酸素濃度が低下してＮＯ_２の生成量が低下し、反応が逆方向（ＮＯ_３ ⁻→ＮＯ_２）に進み、斯くしてＮＯ_Ｘ触媒内の硝酸イオンＮＯ_３ ⁻がＮＯ_２の形でＮＯ_Ｘ触媒から放出される。この放出されたＮＯ_Ｘは排気ガス中に還元剤即ちＨＣ，ＣＯが含まれているとこれらＨＣ，ＣＯと反応して還元せしめられる。このようにして白金Ｐｔの表面上にＮＯ_２が存在しなくなるとＮＯ_Ｘ触媒から次から次へとＮＯ_２が放出されて還元され、ＮＯ_Ｘ触媒内に蓄えられているＮＯ_Ｘの量が次第に減少する。
【００３７】
なお、硝酸塩を形成することなくＮＯ_Ｘを蓄え、ＮＯ_Ｘを放出することなくＮＯ_Ｘを還元することも可能である。
【００３８】
上述したように順流時であろうと逆流時であろうと排気ガスはパティキュレートフィルタ６９を通過し、このとき排気ガス中に含まれる主に炭素の固体からなる微粒子はパティキュレートフィルタ６９上に捕集される。即ち、概略的に説明すると、順流時には排気ガス通路７０側の隔壁７４の側面上及び細孔内に微粒子が捕集され、逆流時には排気ガス通路７１側の隔壁７４の側面上及び細孔内に微粒子が捕集される。図１に示される内燃機関はリーン空燃比のもとでの燃焼が継続して行われており、また、ＮＯ_Ｘ触媒は酸化作用を有しているので、パティキュレートフィルタ６９の温度が微粒子を酸化しうる温度、例えば２５０℃以上に維持されていれば、パティキュレートフィルタ６９上で微粒子が酸化せしめられ除去される。
【００３９】
ところが、パティキュレートフィルタ６９の温度が微粒子を酸化しうる温度に維持されなくなるか又は単位時間当たりにパティキュレートフィルタ６９内に流入する微粒子の量がかなり多くなるとパティキュレートフィルタ６９上に堆積する微粒子の量が次第に増大し、パティキュレートフィルタ６９の圧損が増大する。
【００４０】
そこで本発明による実施例では、例えばパティキュレートフィルタ６９上の堆積微粒子量が許容最大量を越えたときには切替弁６１を順流位置から逆流位置に又はその逆に切り替えると共に、パティキュレートフィルタ６９に流入する排気ガスの空燃比をリーンに維持しつつパティキュレートフィルタ６９の温度を６００℃以上まで上昇し次いで６００℃以上に維持する昇温制御が行われる。この昇温制御が行われるとパティキュレートフィルタ６９上に堆積した微粒子が着火燃焼せしめられ除去される。この場合、排気ガスの流れが反転されているので、微粒子が燃焼することにより形成される灰がパティキュレートフィルタ６９から容易に除去される。
【００４１】
なお、パティキュレートフィルタ６９の温度を上昇させる方法には種々の方法がある。例えばパティキュレートフィルタ６９の端面に電気ヒータを配置して電気ヒータによりパティキュレートフィルタ６９又はパティキュレートフィルタ６９に流入する排気ガスを加熱する方法や、パティキュレートフィルタ６９上流の排気通路内に燃料を供給してこの燃料を燃焼させることによりパティキュレートフィルタ６９を加熱する方法や、内燃機関から排出される排気ガスの温度を上昇させてパティキュレートフィルタ６９の温度を上昇させる方法がある。
【００４２】
一方、上述したようにパティキュレートフィルタ６９内に流入する排気ガスの空燃比はリーンに維持されているので、排気ガス中のＮＯ_ＸはＮＯ_Ｘ触媒内に蓄えられ、ＮＯ_Ｘ触媒内の蓄積ＮＯ_Ｘ量は次第に増大する。
【００４３】
本発明による実施例では、例えばＮＯ_Ｘ触媒内の蓄積ＮＯ_Ｘ量が許容量を越えたときにはＮＯ_Ｘ触媒内に蓄えられているＮＯ_Ｘを還元しＮＯ_Ｘ触媒内の蓄積ＮＯ_Ｘ量を減少させるために還元剤供給弁７７ａ，７７ｂからＮＯ_Ｘ触媒に還元剤を一時的に供給するようにしている。この場合、ＮＯ_Ｘ触媒内に流入する排気ガスの空燃比が一時的にリッチに切り替えられる。
【００４４】
還元剤供給弁７７ａ，７７ｂから還元剤を供給すべきときには切替弁６１が図５において実線で示される弱順流位置に一時的に保持される。切替弁６１がこの弱順流位置に保持されると、図５に矢印で示されるように内燃機関から排出された排気ガスの大部分が流入ポート６２から流出ポート６３を介し直接的に排気ガス排出管６４内に流出し、残りのわずかな一定量の排気ガスが流入流出ポート６５を介し環状排気管６７内に流入し、次いでパティキュレートフィルタ６９内を通過する。即ち、切替弁６１を弱順流位置に保持すると、切替弁６１が順流位置又は逆流位置に保持された場合に比べてパティキュレートフィルタ６９内に流入する排気ガスの量が低減される。このため、ＮＯ_Ｘ触媒に流入する排気ガスの空燃比をリッチにするために必要な還元剤の量を低減することができる。
【００４５】
なお、切替弁６１が図５において破線で示されるバイパス位置に保持されると内燃機関から排出されたほぼ全ての排気ガスが流入ポート６２から流出ポート６３を介し直接的に排気ガス排出管６４内に流出し、即ちパティキュレートフィルタ６９を迂回する。上述した弱順流位置はこのバイパス位置から順流位置に向けてわずかに移動した位置であるということになる。
【００４６】
還元剤供給弁７７ａ，７７ｂは上述したようにパティキュレートフィルタ６９の一端面６９ｆに対面配置されており、従って還元剤供給弁７７ａ，７７ｂから還元剤が供給されると図５に示されるようにパティキュレートフィルタ６９の一端面６９ｆに向かう還元剤の噴霧Ｒａ，Ｒｂが形成される。この還元剤は一端面６９ｆを介しパティキュレートフィルタ６９内に流入し、順流の排気ガスによってＮＯ_Ｘ触媒全体に拡散せしめられる。この場合、概略的に云うと、還元剤供給弁７７ａからフィルタ部分ＦＰＡに還元剤が供給され、還元剤供給弁７７ｂからフィルタ部分ＦＰＢに還元剤が供給されるということになる。
【００４７】
還元剤供給弁７７ａ，７７ｂから供給された還元剤はその貫徹力でもってパティキュレートフィルタ６９に到り、パティキュレートフィルタ６９に流入する前に排気ガスと必ずしも十分に混合されない。しかしながら本発明による実施例では、図５に示されるように還元剤の噴霧Ｒａ，Ｒｂによってパティキュレートフィルタ６９の一端面６９ｆ全体が覆われるように還元剤供給弁７７ａ，７７ｂが位置決めされており、従って還元剤をＮＯ_Ｘ触媒全体に供給することが可能になる。
【００４８】
ＮＯ_Ｘ触媒に還元剤を供給すべきときには図６に示されるように、各還元剤供給弁７７ａ，７７ｂから還元剤供給作用１回当たりＱＲの量の還元剤が時間間隔ＩＮＴでもって間欠的に供給される。
【００４９】
ここで、フィルタ部分温度ＴＦＡ，ＴＦＢが高くなるにつれてＮＯ_Ｘ触媒上での還元剤の反応速度が高くなる。このため、還元剤が酸素と速やかに反応するようになり、即ちＮＯ_Ｘの還元作用に用いられる還元剤の量が少なくなる。そこで本発明による実施例では、図７（Ａ）において曲線Ａで示されるようにフィルタ部分温度ＴＦＡが高くなるにつれて還元剤供給弁７７ａの還元剤供給量ＱＲが増大するようにし、図７（Ａ）において曲線Ｂで示されるようにフィルタ部分温度ＴＦＢが高くなるにつれて還元剤供給弁７７ｂの還元剤供給量ＱＲが増大するようにしている。また、図７（Ｂ）において曲線Ａで示されるようにフィルタ部分温度ＴＦＡが高くなるにつれて還元剤供給弁７７ａの時間間隔ＩＮＴが減少するようにし、図７（Ｂ）において曲線Ｂで示されるようにフィルタ部分温度ＴＦＢが高くなるにつれて還元剤供給弁７７ｂの時間間隔ＩＮＴが減少するようにしている。
【００５０】
一方、フィルタ部分ＦＰＢを通る環状排気管６７の軸線の曲率半径はフィルタ部分ＦＰＡを通る環状排気管６７の軸線の曲率半径よりも大きくなっており、また、流入流出ポート６５，６６からパティキュレートフィルタ６９の端面６９ｆ，６９ｒに向かう環状排気管６７の軸線はこれら端面６９ｆ，６９ｒの直前でほぼ直角に向きを変えている。この場合、フィルタ部分ＦＰＢを通過する排気ガスの量ないし流速はフィルタ部分ＦＰＡを通過する排気ガスの量ないし流速よりも大きくなり、従ってフィルタ部分ＦＰＢにおける還元剤の滞留時間がフィルタ部分ＦＰＡにおける還元剤の滞留時間よりも短くなる。
【００５１】
そこで本発明による実施例では図７（Ａ）及び（Ｂ）に示されるように、還元剤供給弁７７ｂにおける還元剤供給量ＱＲが還元剤供給弁７７ａにおける還元剤供給量ＱＲよりも大きくなるようにし、還元剤供給弁７７ｂにおける時間間隔ＩＮＴが還元剤供給弁７７ａにおける時間間隔ＩＮＴよりも小さくなるようにしている。
【００５２】
従って、一般的に言うと、還元剤供給弁７７ａ，７７ｂにおける還元剤供給量及び還元剤供給時期のような還元剤供給作用をそれぞれ対応するフィルタ部分ＦＰＡ，ＦＰＢの温度、又はそれぞれ対応するフィルタ部分ＦＰＡ，ＦＰＢ内を流通する排気ガスの量に基づいてそれぞれ設定しているということになる。或いは、還元剤供給弁７７ａ，７７ｂの還元剤供給作用を互いに異ならせていると見ることもできる。このようにするとフィルタ部分ＦＰＡ，ＦＰＢに供給される還元剤に過不足が生じない。
【００５３】
次いで、例えばＮＯ_Ｘ触媒内の蓄積ＮＯ_Ｘ量がほぼゼロになると還元剤供給弁７７ａ，７７ｂからの還元剤供給作用が停止される。
【００５４】
図８は上述した還元剤供給制御を実行するためのルーチンを示している。このルーチンは予め定められた設定時間毎の割り込みによって実行される。
【００５５】
図８を参照すると、まずステップ１００では還元剤供給弁７７ａ，７７ｂからＮＯ_Ｘ触媒に還元剤を供給すべきか否かが判別される。還元剤供給弁７７ａ，７７ｂからＮＯ_Ｘ触媒に還元剤を供給すべきときには次いでステップ１０１に進み、切替弁６１が図５に示される弱順流位置に切り替えられ保持される。続くステップ１０２では還元剤供給弁７７ａ，７７ｂにおける還元剤供給量ＱＲ及び供給時間間隔ＩＮＴが図７のマップからそれぞれ算出される。続くステップ１０３ではこれらＱＲ，ＩＮＴに従って還元剤が供給される。続くステップ１０４では還元剤供給作用を停止すべきか否かが判別される。還元剤供給作用を継続すべきときには処理サイクルを終了し、還元剤供給作用を停止すべきときにはステップ１０５に進んで還元剤供給作用が停止される。続くステップ１０６では切替弁６１が還元剤供給作用が開始される前の位置に戻される。
【００５６】
これまで述べてきた実施例では、ＮＯ_Ｘ触媒内の蓄積ＮＯ_Ｘ量を低減するために還元剤供給弁７７ａ，７７ｂから還元剤を供給するときには切替弁６１が弱順流位置に一時的に保持される。ところがこの場合、多量の排気ガスがパティキュレートフィルタ６９を通過せず、従ってこの多量の排気ガス中に含まれる微粒子を捕集することができない。
【００５７】
そこで本発明による別の実施例では、切替弁６１が逆流位置から順流位置に切り替えられるときに還元剤供給弁７７ａ，７７ｂから還元剤を供給するようにしている。このようにすると、ＮＯ_Ｘ触媒内の蓄積ＮＯ_Ｘ量を低減するために切替弁６１を弱順流位置に保持する必要がない。
【００５８】
図９は切替弁６１が逆流位置から順流位置に切り替えられるときの、パティキュレートフィルタ６９のフィルタ部分ＦＰＡ，ＦＰＢ内をそれぞれ流通する排気ガスの流量を示しており、図９において曲線Ａはフィルタ部分ＦＰＡ内を通過する排気ガスの流量を、曲線Ｂはフィルタ部分ＦＰＢ内を通過する排気ガスの流量をそれぞれ示している。
【００５９】
図９において矢印Ｘは切替弁６１を逆流位置から順流位置に切り替えるための信号が切替弁駆動用ステップモータ６０に発せられた時間を表しており、この信号が発せられると切替弁６１が逆流位置から順流位置に切り替えられる。その結果、図９に示されるように逆流方向の排気ガス流量が次第に減少し、一旦ゼロになった後に順流方向の排気ガス流量が次第に増大する。
【００６０】
このように切替弁６１が逆流位置から順流位置に切り替えられるときにはフィルタ部分ＦＰＡ，ＦＰＢ内を流通する排気ガスの流量が一時的に少なくなり、従ってこのとき還元剤を供給すればＮＯ_Ｘ触媒に流入する排気ガスの空燃比をリッチにするために必要な還元剤の量を低減することができる。また、わずかな量の排気ガスが順流方向に流れているときに還元剤を供給すれば還元剤供給弁７７ａ，７７ｂから供給された還元剤がこの排気ガスによってＮＯ_Ｘ触媒全体に拡散されることは上述した通りである。
【００６１】
そこで本発明による別の実施例では、フィルタ部分ＦＰＡ，ＦＰＢ内を順流方向に流通する排気ガスの流量がわずかな一定量Ｑ０になったときに還元剤供給弁７７ａ，７７ｂから還元剤を供給するようにしている。即ち、図９に示される例では、矢印ＹＡで示される時間になると還元剤供給弁７７ａから還元剤が例えば１回だけ噴射され、矢印ＹＢで示される時間になると還元剤供給弁７７ｂから還元剤が例えば１回だけ噴射される。
【００６２】
切替弁６１を逆流位置から順流位置に切り替えるべき信号が発せられてからフィルタ部分ＦＰＡ，ＦＰＢ内を順流方向に流通する排気ガスの流量が上述のＱ０になるまでに要する時間は内燃機関から単位時間当たりに排出される排気ガスの量が多くなるにつれて短くなり、この排気ガスの量はアクセルペダルの踏み込み量により表される機関負荷Ｌが高くなるにつれて多くなる。そこで本発明による別の実施例では、図１０（Ｂ）において曲線Ａで示されるように機関負荷Ｌが高くなるにつれて還元剤供給弁７７ａにおける待機時間ＳＢＴが短くなるようにし、図１０（Ｂ）において曲線Ｂで示されるように機関負荷Ｌが高くなるにつれて還元剤供給弁７７ｂにおける待機時間ＳＢＴが短くなるようにし、切替弁６１を逆流位置から順流位置に切り替えるべき信号が発せられてから待機時間ＳＢＴだけ経過したときに還元剤供給弁７７ａ，７７ｂから還元剤を供給するようにしている。
【００６３】
また、図９に示されるように、切替弁６１を逆流位置から順流位置に切り替えるべき信号が発せられてからフィルタ部分ＦＰＡ内を順流方向に流通する排気ガスの流量が上述のＱ０になるまでに要する時間は、切替弁６１を逆流位置から順流位置に切り替えるべき信号が発せられてからフィルタ部分ＦＰＢ内を順流方向に流通する排気ガスの流量が上述のＱ０になるまでに要する時間よりも長くなる。そこで本発明による別の実施例では図１０（Ｂ）に示されるように、還元剤供給弁７７ａにおける待機時間ＳＢＴが還元剤供給弁７７ｂにおける待機時間ＳＢＴよりも長くなるようにしている。
【００６４】
一方、機関負荷Ｌが高くなるにつれてＮＯ_Ｘ触媒内における還元剤の滞留時間が短くなる。そこで本発明による別の実施例では、図１０（Ａ）において曲線Ａで示されるように機関負荷Ｌが高くなるにつれて還元剤供給弁７７ａにおける還元剤供給量ＱＲが増大するようにし、図１０（Ａ）において曲線Ｂで示されるように機関負荷Ｌが高くなるにつれて還元剤供給弁７７ｂにおける還元剤供給量ＱＲが増大するようにしている。
【００６５】
更に、上述したように、フィルタ部分ＦＰＢにおける還元剤の滞留時間がフィルタ部分ＦＰＡにおける還元剤の滞留時間よりも短くなる。そこで、図１０（Ａ）に示されるように、還元剤供給弁７７ｂにおける還元剤供給量ＱＲを還元剤供給弁７７ａにおける還元剤供給量ＱＲよりも大きくなるようにしている。
【００６６】
図１１は上述した別の実施例による還元剤供給制御を実行するためのルーチンを示している。このルーチンは予め定められた設定時間毎の割り込みによって実行される。
【００６７】
図１１を参照すると、まずステップ１１０では還元剤供給弁７７ａ，７７ｂからＮＯ_Ｘ触媒に還元剤を供給すべきか否かが判別される。還元剤供給弁７７ａ，７７ｂからＮＯ_Ｘ触媒に還元剤を供給すべきときには次いでステップ１１１に進み、切替弁６１の位置を逆流位置から順流位置に切り替えるべきか否かが判別される。切替弁６１の位置を逆流位置から順流位置に切り替えるべきでないときには処理サイクルを終了し、切替弁６１の位置を逆流位置から順流位置に切り替えるべきときには次いでステップ１１２に進み、還元剤供給量ＱＲ及び待機時間ＳＢＴが図１０のマップからそれぞれ算出される。続くステップ１１３ではこれらＱＲ，ＳＢＴに従って還元剤が供給される。
【００６８】
なお、切替弁６１が順流位置から逆流位置に切り替えられるときに還元剤を供給するようにしてもよい。但し、この場合には還元剤供給弁７７ａ，７７ｂから供給された還元剤がＮＯ_Ｘ触媒に到る前に環状排気管６７内に戻される恐れがある。
【００６９】
図１２は本発明による更に別の実施例を示している。図１２に示される実施例では、パティキュレートフィルタ６９が互いに並列配置された複数例えば三つのパティキュレートフィルタ６９ａ，６９ｂ，６９ｃから構成されている。即ち、環状排気管６７内に互いに並列して配置された三つのフィルタ収容室６８ａ，６８ｂ，６８ｃが形成されており、それぞれ対応するフィルタ収容室６８ａ，６８ｂ，６８ｃ内にパティキュレートフィルタ６９ａ，６９ｂ，６９ｃが収容されている。また、環状排気管６７には三つの還元剤供給弁７７ａ，７７ｂ，７７ｃが取り付けられており、これら還元剤供給弁７７ａ，７７ｂ，７７ｃはそれぞれ対応するパティキュレートフィルタの一端面６９ａｆ，６９ｂｆ，６９ｃｆに対面配置される。
【００７０】
ここで、還元剤供給弁７７ａ，７７ｂ，７７ｃからの還元剤の噴霧によってそれぞれ対応するパティキュレートフィルタの一端面６９ａｆ，６９ｂｆ，６９ｃｆ全体が覆われるように還元剤供給弁７７ａ，７７ｂ，７７ｃが位置決めされている。従って、この場合にも還元剤をＮＯ_Ｘ触媒全体に供給することが可能になる。
【００７１】
図１２に示される実施例でも、還元剤供給弁７７ａ，７７ｂ，７７ｃにおける還元剤供給作用はそれぞれ対応するパティキュレートフィルタ６９ａ，６９ｂ，６９ｃの温度、又はそれぞれ対応するパティキュレートフィルタ６９ａ，６９ｂ，６９ｃ内を流通する排気ガスの量に基づいてそれぞれ設定される。
【００７２】
なお、図２に示される実施例ではパティキュレートフィルタ６９の断面が楕円形状であるのに対し、図１２に示される実施例ではパティキュレートフィルタ６９ａ，６９ｂ，６９ｃの断面が円形状になっている。その結果、各パティキュレートフィルタ６９ａ，６９ｂ，６９ｃ内全体を排気ガスが一様に流れやすくなり、従って還元剤が一様に供給されやすくなる。また、個々のパティキュレートフィルタ６９ａ，６９ｂ，６９ｃの容量を小さくすることができ、従って触媒コンバータ２２を搭載するのに必要な空間を小さくすることができる。更に、複数の触媒コンバータ２２を直列に配置することもできる。このようにすると、順流時であろうと逆流時であろうとＮＯ_Ｘ触媒に還元剤を供給することができ、しかもＮＯ_Ｘ触媒全体に還元剤を容易に供給することが可能になる。
【００７３】
これまで述べてきた実施例では、パティキュレートフィルタの一端面にのみ対面するように還元剤供給弁を配置している。しかしながら、パティキュレートフィルタ両端面に対面するように還元剤供給弁を配置することもできる。
【００７４】
また、これまで述べてきた実施例では、ＮＯ_Ｘ触媒内の蓄積ＮＯ_Ｘ量を低減するために還元剤供給弁からＮＯ_Ｘ触媒に還元剤を供給する場合に本発明を適用している。しかしながら、ＮＯ_Ｘ触媒内の蓄積ＳＯ_Ｘ量を低減するために還元剤供給弁からＮＯ_Ｘ触媒に還元剤を供給する場合や、パティキュレートフィルタ６９上の堆積微粒子を酸化除去すべく昇温制御を行うために還元剤供給弁からパティキュレートフィルタに還元剤を供給する場合にも本発明を適用することができる。
【００７５】
ここで、ＮＯ_Ｘ触媒内の蓄積ＳＯ_Ｘ量を低減するために還元剤供給弁からＮＯ_Ｘ触媒に還元剤を供給する場合についてもう少し詳しく説明する。排気ガス中にはイオウ分がＳＯ_Ｘの形で含まれており、ＮＯ_Ｘ触媒内にはＮＯ_ＸばかりでなくＳＯ_Ｘも蓄えられる。このＳＯ_ＸのＮＯ_Ｘ触媒内への蓄積メカニズムはＮＯ_Ｘの蓄積メカニズムと同じであると考えられる。即ち、担体上に白金Ｐｔ及びバリウムＢａを担持させた場合を例にとって簡単に説明すると、ＮＯ_Ｘ触媒に流入する排気ガスの空燃比がリーンのときには上述したように酸素Ｏ_２がＯ_２ ⁻又はＯ^２−の形で白金Ｐｔの表面に付着しており、流入する排気ガス中のＳＯ_２は白金Ｐｔの表面上でＯ_２ ⁻又はＯ^２−と反応し、ＳＯ_３となる。次いで生成されたＳＯ_３は白金Ｐｔ上でさらに酸化されつつＮＯ_Ｘ触媒内に吸収されて酸化バリウムＢａＯと結合しながら、硫酸イオンＳＯ_４ ⁻の形でＮＯ_Ｘ触媒内に拡散する。この硫酸イオンＳＯ_４ ⁻は次いでバリウムイオンＢａ^＋と結合して硫酸塩ＢａＳＯ_４を生成する。
【００７６】
この硫酸塩ＢａＳＯ_４は分解しにくく、ＮＯ_Ｘ触媒内に流入する排気ガスの空燃比をただ単にリッチにしてもＮＯ_Ｘ触媒内の硫酸塩ＢａＳＯ_４の量は減少しない。このため、時間が経過するにつれてＮＯ_Ｘ触媒内の硫酸塩ＢａＳＯ_４の量が増大し、その結果ＮＯ_Ｘ触媒が蓄えうるＮＯ_Ｘの量が減少することになる。
【００７７】
しかしながら、ＮＯ_Ｘ触媒の温度を５５０℃以上に維持しつつＮＯ_Ｘ触媒に流入する排気ガスの空燃比をリッチ又は理論空燃比にすると、ＮＯ_Ｘ触媒内の硫酸塩ＢａＳＯ_４が分解してＳＯ_３の形でＮＯ_Ｘ触媒から放出される。この放出されたＳＯ_３は排気ガス中に還元剤即ちＨＣ，ＣＯが含まれているとこれらＨＣ，ＣＯと反応してＳＯ_２に還元せしめられる。このようにしてＮＯ_Ｘ触媒内に蓄えられているＳＯ_Ｘの量が次第に減少し、このときＮＯ_Ｘ触媒からＳＯ_ＸがＳＯ_３の形で流出することがない。
【００７８】
そこで、例えばＮＯ_Ｘ触媒内の蓄積ＳＯ_Ｘ量が許容量を越えたときにはＮＯ_Ｘ触媒の温度を５５０℃まで上昇し次いで５５０℃以上に維持するために、かつＮＯ_Ｘ触媒内の蓄積ＳＯ_Ｘ量を減少させるために還元剤供給弁７７ａ，７７ｂからＮＯ_Ｘ触媒に還元剤を一時的に供給することができる。この場合、ＮＯ_Ｘ触媒内に流入する排気ガスの空燃比が一時的にリッチに切り替えられる。
【００７９】
【発明の効果】
ＮＯ_Ｘ触媒全体に還元剤を供給することができ、従ってＮＯ_Ｘ触媒全体をＮＯ_Ｘ浄化のために有効に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】内燃機関の全体図である。
【図２】触媒コンバータの構造を示す図である。
【図３】通常時の排気ガスの流れを説明するための図である。
【図４】パティキュレートフィルタの隔壁の部分拡大断面図である。
【図５】還元剤供給作用を説明するための図である。
【図６】還元剤供給作用を説明するための図である。
【図７】還元剤供給量及び時間間隔を示す線図である。
【図８】還元剤供給制御を実行するためのフローチャートである。
【図９】フィルタ部分における排気ガス流量を示す線図である。
【図１０】還元剤供給量及び遅延時間を示す線図である。
【図１１】還元剤供給制御を実行するためのフローチャートである。
【図１２】本発明による更に別の実施例による触媒コンバータの構造を示す図である。
【符号の説明】
１…機関本体
２０ａ…排気管
２２…触媒コンバータ
６１…切替弁
６７…環状排気管
６５，６６…流入流出ポート
６９…パティキュレートフィルタ
６９ｆ…パティキュレートフィルタの一端面
７７ａ，７７ｂ…還元剤供給弁
８０…ＮＯ_Ｘ触媒
Ｒａ，Ｒｂ…還元剤の噴霧[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an exhaust emission control device for an internal combustion engine.
[0002]
[Prior art]
NO in exhaust gas flowing in when the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing in is lean_XNO when storing the reducing agent in the exhaust gas when the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing in decreases_XNO is stored and reduced_XNO to reduce the amount of_XThe catalyst is arranged in an annular branch passage that branches off from the engine exhaust passage and extends annularly and then returns to the engine exhaust passage. At this time, the exhaust gas is guided to one end of the annular branch passage, and then the other end of the annular branch passage is annularly branched. The exhaust gas is allowed to flow into the engine exhaust passage downstream of one end of the passage, or the exhaust gas is led to the other end of the annular branch passage, and at this time, from one end of the annular branch passage to the other end of the annular branch passage. Also known is an exhaust purification device for an internal combustion engine provided with a switching valve for switching whether exhaust gas flows out into a downstream engine exhaust passage (see JP-A-2001-27114). In the present specification, the ratio of the air supplied to the exhaust passage upstream of a certain position of the exhaust passage, the combustion chamber, and the intake passage and the hydrocarbon HC and carbon monoxide CO is determined by the ratio of the exhaust gas at that position. This is called the air-fuel ratio.
[0003]
By the way, NO_XNO that the catalyst can store_XAmount is limited, so NO_XNO stored in the catalyst_XNO when the amount exceeds the allowable amount_XReduce the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the catalyst and NO_XSupply the reducing agent to the catalyst, thereby NO_XNO stored in the catalyst_XThe amount of need to be reduced. Therefore, in the above publication, the air-fuel ratio of the air-fuel mixture combusted by the internal combustion engine is temporarily switched to the stoichiometric air-fuel ratio or the rich air-fuel ratio.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
NO_XReduce the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the catalyst and NO_XVarious methods are known for supplying a reducing agent to a catalyst, such as a switching valve and NO._XNO in the annular branch passage between the catalysts_XIt is also possible to arrange a reducing agent supply valve for supplying the reducing agent to the catalyst.
[0005]
However, when this is done, the reducing agent supply valve is set to NO._XIn some cases, the catalyst cannot be sufficiently separated. In this case, the reducing agent supplied from the reducing agent supply valve and the exhaust gas cannot be sufficiently mixed._XReducing agent cannot be supplied to the entire catalyst, so NO_XNO over the entire catalyst_XThere is a problem that it cannot be used effectively for purification.
[0006]
Therefore, the object of the present invention is NO._XNO over the entire catalyst_XAn object of the present invention is to provide an exhaust gas purification device for an internal combustion engine that can be used effectively for purification.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
  In order to solve the above-described problem, according to the first invention, the NO in the exhaust gas flowing in when the air-fuel ratio of the flowing exhaust gas is lean._XNO when storing the reducing agent in the exhaust gas when the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing in decreases_XNO is stored and reduced_XNO to reduce the amount of_XThe catalyst is arranged in an annular branch passage that branches off from the engine exhaust passage and extends annularly and then returns to the engine exhaust passage. At this time, the exhaust gas is guided to one end of the annular branch passage, and then the other end of the annular branch passage is annularly branched. The forward flow position where the exhaust gas flows into the engine exhaust passage downstream from one end of the passage, and the exhaust gas is guided to the other end of the annular branch passage while downstream from the other end of the annular branch passage. A switching valve capable of switching between a reverse flow position where exhaust gas flows out into the engine exhaust passage., NO_XReducing agent supply valve for supplying reducing agent to the catalystSwitching valve and NO _X Between the catalystsIn an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine arranged in an annular branch passage, a plurality of reducing agent supply valves are provided, and these reducing agent supply valves are set to NO._XA face-to-face arrangement on one end of the catalystWhen the switching valve is switched from the forward flow position to the reverse flow position or vice versa, the amount of exhaust gas flowing through the annular branch passage is temporarily reduced, and the amount of exhaust gas bypassing the annular branch passage is increased accordingly. The switching valve is switched from the forward flow position to the reverse flow position or vice versa, so that NO _X NO facing each other from the reducing agent supply valve when the amount of exhaust gas flowing through the catalyst portion is reduced _X While supplying a reducing agent to the catalyst part, NO _X When the amount of exhaust gas flowing through the catalyst portion becomes a small amount, _X Reducing agent supply timing is set for each reducing agent supply valve so that the reducing agent is supplied to the catalyst part.is doing.
[0008]
Further, according to the second invention, in the first invention, NO is generated by spraying the reducing agent formed by the reducing agent supply valve._XThe reducing agent supply valves are respectively positioned so that almost the entire one end face of the catalyst is covered.
[0011]
  Also,3According to the second invention, in the first invention, NO_XA plurality of NOs in which the catalyst is arranged in parallel in the annular branch passage_XIt is composed of a catalyst, and each of a plurality of reducing agent supply valves has a corresponding NO._XIt is arranged to face one end face of the catalyst.
[0014]
  Also,4According to the second invention, in the first invention, NO_XA catalyst is supported on a particulate filter for collecting fine particles contained in the exhaust gas.
According to the fifth aspect, in the fourth aspect, the switching valve is switched from the forward flow position to the reverse flow position or vice versa when the amount of fine particles deposited on the particulate filter exceeds the allowable amount.
[0015]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 shows a case where the present invention is applied to a compression ignition type internal combustion engine. The present invention can also be applied to a spark ignition type internal combustion engine.
[0016]
Referring to FIG. 1, 1 is an engine body, 2 is a cylinder block, 3 is a cylinder head, 4 is a piston, 5 is a combustion chamber, 6 is an electrically controlled fuel injection valve, 7 is an intake valve, 8 is an intake port, 9 Is an exhaust valve, and 10 is an exhaust port. The intake port 8 is connected to a surge tank 12 via a corresponding intake branch pipe 11, and the surge tank 12 is connected to a compressor 15 of an exhaust turbocharger 14 via an intake duct 13. A throttle valve 17 driven by a step motor 16 is disposed in the intake duct 13, and a cooling device 18 for cooling intake air flowing through the intake duct 13 is disposed around the intake duct 13. In the embodiment shown in FIG. 1, the engine cooling water is guided into the cooling device 18 and the intake air is cooled by the engine cooling water.
[0017]
On the other hand, the exhaust port 10 is connected to an exhaust turbine 21 of an exhaust turbocharger 14 via an exhaust manifold 19 and an exhaust pipe 20, and an outlet of the exhaust turbine 21 is connected to a catalytic converter 22 via an exhaust pipe 20a.
[0018]
Referring to FIG. 2 together with FIG. 1, the catalytic converter 22 includes a switching valve 61 driven by a step motor 60, and an outlet of the exhaust pipe 20 a is connected to an inflow port 62 of the switching valve 61. An exhaust gas discharge pipe 64 of the catalytic converter 22 is connected to the outflow port 63 of the switching valve 61 facing the inflow port 62. The switching valve 61 further has a pair of inflow / outflow ports 65, 66 facing each other on both sides of a straight line connecting the inflow port 62 and the outflow port 63, and the inflow / outflow ports 65, 66 have an annular shape of the catalytic converter 22. Both ends of the exhaust pipe 67 are connected. The exhaust pipe 23 is connected to the outlet of the exhaust gas discharge pipe 64.
[0019]
The annular exhaust pipe 67 extends through the exhaust gas exhaust pipe 64, and a filter housing chamber 68 is formed in a portion of the annular exhaust pipe 67 located in the exhaust gas exhaust pipe 64. A particulate filter 69 for collecting fine particles in the exhaust gas is housed in the filter housing chamber 68. In FIG. 2, reference numerals 69f and 69r denote one end face and the other end face of the particulate filter 69, respectively.
[0020]
The particulate filter 69 as shown in FIG. 2 (A) showing a partial longitudinal sectional view of the catalytic converter 22 including one end face of the particulate filter 69 and FIG. 2 (B) showing a partial transverse sectional view of the catalytic converter 22. Has a honeycomb structure and includes a plurality of exhaust gas passages 70 and 71 extending in parallel with each other. These exhaust gas passages have one end opened and the other end closed by a non-breathable sealing material 72, and the other end opened and one end closed by a non-breathable sealing material 73. The exhaust gas passage 71 is provided. Note that the hatched portion in FIG. 2A shows the sealing material 73. The exhaust gas passages 70 and 71 are alternately arranged via thin partition walls 74 formed of a porous material such as cordierite. In other words, the exhaust gas passages 70 and 71 are arranged such that each exhaust gas passage 70 is surrounded by four exhaust gas passages 71 and each exhaust gas passage 71 is surrounded by four exhaust gas passages 70.
[0021]
As will be described later, NO on the particulate filter 69._XA catalyst is supported. On the other hand, a catalyst storage chamber 75 is formed in the exhaust gas discharge pipe 64 between the outflow port 63 of the switching valve 61 and the portion through which the annular exhaust pipe 67 penetrates. Additional catalyst, eg additional NO_XA catalyst 76 is accommodated.
[0022]
Further, the annular exhaust pipe 67 between the inflow / outflow port 65 of the switching valve 61 and the particulate filter 69 is an electrically controlled reducing agent supply valve 77a, 77b for intermittently supplying the reducing agent to the particulate filter 69. Is attached. Here, assuming that the particulate filter 69 includes a filter part FPA and a filter part FPB arranged in parallel in the annular exhaust pipe 67, a reducing agent supply valve 77a is provided for the filter part FPA. A reducing agent supply valve 77b is provided for the partial FPB. These reducing agent supply valves 77a and 77b are arranged to face one end face 69f of the particulate filter 69, respectively. The reducing agent supply valves 77a and 77b are supplied with a reducing agent from an electrically controlled reducing agent pump 78, respectively. In addition to liquid or gaseous hydrocarbons, hydrogen, urea, or the like can be used as the reducing agent. However, in the embodiment according to the present invention, fuel, that is, light oil, is used as the reducing agent.
[0023]
Still referring to FIG. 1, the exhaust manifold 19 and the surge tank 12 are connected to each other via an exhaust gas recirculation (hereinafter referred to as EGR) passage 24, and an electrically controlled EGR control valve 25 is provided in the EGR passage 24. Be placed. A cooling device 26 for cooling the EGR gas flowing in the EGR passage 24 is disposed around the EGR passage 24. In the embodiment shown in FIG. 1, the engine cooling water is guided into the cooling device 26, and the EGR gas is cooled by the engine cooling water.
[0024]
On the other hand, each fuel injection valve 6 is connected to a fuel reservoir, so-called common rail 27, through a fuel supply pipe 6a. Fuel is supplied into the common rail 27 from an electrically controlled fuel pump 28 with variable discharge amount, and the fuel supplied into the common rail 27 is supplied to the fuel injection valve 6 via each fuel supply pipe 6a. A fuel pressure sensor 29 for detecting the fuel pressure in the common rail 27 is attached to the common rail 27, and a fuel pump 28 is set so that the fuel pressure in the common rail 27 becomes a target fuel pressure based on an output signal of the fuel pressure sensor 29. The discharge amount is controlled.
[0025]
The electronic control unit 40 is composed of a digital computer, and is connected to each other by a bidirectional bus 41. A ROM (read only memory) 42, a RAM (random access memory) 43, a CPU (microprocessor) 44, an input port 45 and an output port 46 are connected. It comprises. The output signal of the fuel pressure sensor 29 is input to the input port 45 via the corresponding AD converter 47. Further, temperature sensors 48a and 48b for generating output voltages proportional to the temperatures of the filter part FPA and the filter part FPB are attached to the filter part FPA and the filter part FPB of the particulate filter 69, respectively. Are respectively input to the input ports 45 through the corresponding AD converters 47. Further, a load sensor 51 that generates an output voltage proportional to the amount of depression of the accelerator pedal 50 is connected to the accelerator pedal 50, and the output voltage of the load sensor 51 is input to the input port 45 via the corresponding AD converter 47. The Further, the input port 45 is connected with a crank angle sensor 52 that generates an output pulse every time the crankshaft rotates, for example, 30 °.
[0026]
On the other hand, the output port 46 is connected through a corresponding drive circuit 48 to the fuel injection valve 6, the throttle valve driving step motor 16, the EGR control valve 25, the fuel pump 28, the switching valve driving step motor 60, the reducing agent supply valve 77a, 77b and a reducing agent pump 78, respectively.
[0027]
The switching valve 61 is normally positioned at one of a position indicated by a solid line and a position indicated by a broken line in FIG. When the switching valve 61 is positioned at the position indicated by the solid line in FIG. 3B, the inflow port 62 communicates with the inflow / outflow port 65 while the communication between the outflow port 63 and the inflow / outflow port 66 is blocked by the switching valve 61. The outflow port 63 is communicated with the inflow / outflow port 66 by the switching valve 61. As a result, all the exhaust gas discharged from the internal combustion engine flows into the annular exhaust pipe 67 sequentially through the inflow port 62 and the inflow / outflow port 65 as shown by the solid arrows in FIG. It flows into the particulate filter 69 through the one end surface 69f, flows out of the particulate filter 69 through the other end surface 69r, and then flows out into the exhaust gas exhaust outlet pipe 64 through the inflow / outflow port 66 and the outflow port 63 sequentially.
[0028]
On the other hand, when the switching valve 61 is positioned at a position indicated by a broken line in FIG. 3B, the inflow port 62 is inflow / outflow while the communication between the outflow port 63 and the inflow / outflow port 65 is blocked by the switching valve 61. The outflow port 63 is communicated with the inflow / outflow port 65 by the switching valve 61. As a result, all the exhaust gas discharged from the internal combustion engine flows into the annular exhaust pipe 67 sequentially through the inflow port 62 and the inflow / outflow port 66 as shown by the broken arrows in FIG. It flows into the particulate filter 69 through the other end surface 69r, flows out from the particulate filter 69 through the one end surface 69f, and then flows out into the exhaust gas discharge pipe 64 through the inflow / outflow port 65 and the outflow port 63 sequentially.
[0029]
By switching the position of the switching valve 61 in this way, the flow of exhaust gas in the annular exhaust pipe 67 is reversed. Hereinafter, the flow of exhaust gas indicated by a solid line in FIG. 3B is referred to as forward flow, and the flow of exhaust gas indicated by a broken line is referred to as reverse flow. In addition, the position of the switching valve 61 indicated by a solid line in FIG. 3B is referred to as a forward flow position, and the position of the switching valve 61 indicated by a broken line is referred to as a backflow position.
[0030]
The exhaust gas that has flowed into the exhaust gas discharge pipe 64 through the outflow port 66 then passes through the additional catalyst 76 along the outer peripheral surface of the annular exhaust pipe 67 as shown in FIGS. 3 (A) and 3 (B). After proceeding, it flows out into the exhaust pipe 23.
[0031]
Explaining the flow of the exhaust gas in the particulate filter 69, during forward flow, the exhaust gas flows into the particulate filter 69 through the one end surface 69f and flows out of the particulate filter 69 through the other end surface 69r. At this time, the exhaust gas flows into the exhaust gas passage 70 opened in the one end face 69f, and then flows into the adjacent exhaust gas outflow passage 71 through the surrounding partition wall 74. On the other hand, during the reverse flow, the exhaust gas flows into the particulate filter 69 through the other end surface 69r and flows out of the particulate filter 69 through the one end surface 69f. At this time, the exhaust gas flows into the exhaust gas passage 71 opened in the other end surface 69r, and then flows into the adjacent exhaust gas outflow passage 70 through the surrounding partition wall 74.
[0032]
As shown in FIG. 4, NO is formed on both side surfaces of the partition wall 74 of the particulate filter 69 and on the inner wall surface of the pore._XEach catalyst 80 is supported. This NO_XThe catalyst is, for example, alumina as a carrier, and on this carrier, for example, alkali metal such as potassium K, sodium Na, lithium Li, cesium Cs, alkaline earth such as barium Ba, calcium Ca, lanthanum La, yttrium Y, etc. At least one selected from rare earths and a noble metal such as platinum Pt, palladium Pd, rhodium Rh, and iridium Ir are supported. Additional NO_XThe catalyst 76 is similarly configured.
[0033]
NO_XThe catalyst is NO when the average air-fuel ratio of the exhaust gas flowing in is lean._XNO when storing the reducing agent in the exhaust gas when the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing in decreases_XNO is stored and reduced_XAccumulation and reduction action to reduce the amount of.
[0034]
NO_XThe detailed mechanism of the accumulation and reduction action of the catalyst has not been fully clarified. However, the mechanism currently considered can be briefly described as follows, taking as an example the case where platinum Pt and barium Ba are supported on a support.
[0035]
That is, NO_XWhen the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the catalyst becomes considerably leaner than the stoichiometric air-fuel ratio, the oxygen concentration in the inflowing exhaust gas greatly increases and oxygen O₂Is O₂ ⁻Or O^2-It adheres to the surface of platinum Pt. On the other hand, NO in the inflowing exhaust gas is O on the surface of platinum Pt.₂ ⁻Or O^2-Reacts with NO₂(2NO + O₂→ 2NO₂). Then the generated NO₂Part of the NO is being oxidized further on platinum Pt_XNitrate ion NO while being absorbed in the catalyst and combined with barium oxide BaO₃ ⁻NO in the form of_XIt diffuses into the catalyst. In this way NO_XIs NO_XStored in the catalyst.
[0036]
In contrast, NO_XWhen the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the catalyst becomes rich or stoichiometric, the oxygen concentration in the exhaust gas decreases and NO₂Production amount decreases and the reaction proceeds in the reverse direction (NO₃ ⁻→ NO₂) And thus NO_XNitrate ion NO in the catalyst₃ ⁻Is NO₂NO in the form of_XReleased from the catalyst. This released NO_XIf the exhaust gas contains a reducing agent, that is, HC or CO, it can be reduced by reacting with the HC and CO. In this way, NO on the surface of platinum Pt.₂NO when no longer exists_XNO from catalyst to next₂Is released and reduced, NO_XNO stored in the catalyst_XThe amount of is gradually reduced.
[0037]
NO without forming nitrate_XStore NO_XNO without releasing_XIt is also possible to reduce
[0038]
As described above, the exhaust gas passes through the particulate filter 69 regardless of whether it is forward flow or reverse flow. At this time, fine particles mainly composed of carbon solid contained in the exhaust gas are collected on the particulate filter 69. Is done. That is, schematically, fine particles are collected on the side surface and the pores of the partition wall 74 on the exhaust gas passage 70 side in the forward flow, and on the side surface and the pores of the partition wall 74 on the exhaust gas passage 71 side in the reverse flow. Fine particles are collected. The internal combustion engine shown in FIG. 1 continues to burn under a lean air-fuel ratio, and NO_XSince the catalyst has an oxidizing action, if the temperature of the particulate filter 69 is maintained at a temperature at which the particulates can be oxidized, for example, 250 ° C. or more, the particulates are oxidized on the particulate filter 69 and removed. .
[0039]
However, when the temperature of the particulate filter 69 is not maintained at a temperature at which particulates can be oxidized, or when the amount of particulates flowing into the particulate filter 69 per unit time becomes considerably large, the particulates deposited on the particulate filter 69 will not be retained. The amount gradually increases and the pressure loss of the particulate filter 69 increases.
[0040]
Therefore, in the embodiment according to the present invention, for example, when the amount of deposited fine particles on the particulate filter 69 exceeds the allowable maximum amount, the switching valve 61 is switched from the forward flow position to the reverse flow position or vice versa and flows into the particulate filter 69. A temperature rise control is performed in which the temperature of the particulate filter 69 is increased to 600 ° C. or higher while the air-fuel ratio of the exhaust gas is maintained lean, and then maintained at 600 ° C. or higher. When this temperature increase control is performed, the fine particles deposited on the particulate filter 69 are ignited and burned and removed. In this case, since the flow of the exhaust gas is reversed, the ash formed by burning the fine particles is easily removed from the particulate filter 69.
[0041]
There are various methods for raising the temperature of the particulate filter 69. For example, an electric heater is arranged on the end face of the particulate filter 69 and the exhaust gas flowing into the particulate filter 69 or the particulate filter 69 is heated by the electric heater, or fuel is supplied into the exhaust passage upstream of the particulate filter 69. There are a method of heating the particulate filter 69 by burning this fuel and a method of raising the temperature of the particulate filter 69 by raising the temperature of the exhaust gas discharged from the internal combustion engine.
[0042]
On the other hand, as described above, since the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the particulate filter 69 is maintained lean, NO in the exhaust gas_XIs NO_XStored in the catalyst, NO_XNO accumulated in catalyst_XThe amount increases gradually.
[0043]
In an embodiment according to the invention, for example NO_XNO accumulated in catalyst_XNO when the amount exceeds the allowable amount_XNO stored in the catalyst_XNO_XNO accumulated in catalyst_XFrom the reducing agent supply valves 77a and 77b to reduce the amount of NO_XA reducing agent is temporarily supplied to the catalyst. In this case, NO_XThe air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the catalyst is temporarily switched to rich.
[0044]
When the reducing agent is to be supplied from the reducing agent supply valves 77a and 77b, the switching valve 61 is temporarily held at the weak forward flow position indicated by the solid line in FIG. When the switching valve 61 is held in this weak forward flow position, most of the exhaust gas discharged from the internal combustion engine is directly discharged from the inflow port 62 through the outflow port 63 as shown by the arrow in FIG. It flows out into the pipe 64, and the remaining slight constant amount of exhaust gas flows into the annular exhaust pipe 67 through the inflow / outflow port 65, and then passes through the particulate filter 69. That is, when the switching valve 61 is held at the weak forward flow position, the amount of exhaust gas flowing into the particulate filter 69 is reduced compared to when the switching valve 61 is held at the forward flow position or the reverse flow position. For this reason, NO_XIt is possible to reduce the amount of reducing agent required to make the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the catalyst rich.
[0045]
When the switching valve 61 is held at the bypass position indicated by the broken line in FIG. 5, almost all exhaust gas discharged from the internal combustion engine directly enters the exhaust gas discharge pipe 64 from the inflow port 62 through the outflow port 63. In other words, the particulate filter 69 is bypassed. The weak forward flow position described above is a position slightly moved from the bypass position toward the forward flow position.
[0046]
As described above, the reducing agent supply valves 77a and 77b are arranged so as to face the one end surface 69f of the particulate filter 69. Therefore, when the reducing agent is supplied from the reducing agent supply valves 77a and 77b, as shown in FIG. Sprays Ra and Rb of the reducing agent toward the one end surface 69f of the particulate filter 69 are formed. This reducing agent flows into the particulate filter 69 through the one end face 69f, and NO is generated by the forward exhaust gas._XIt is diffused throughout the catalyst. In this case, generally speaking, the reducing agent is supplied from the reducing agent supply valve 77a to the filter portion FPA, and the reducing agent is supplied from the reducing agent supply valve 77b to the filter portion FPB.
[0047]
The reducing agent supplied from the reducing agent supply valves 77a and 77b reaches the particulate filter 69 with its penetrating force, and is not necessarily sufficiently mixed with the exhaust gas before flowing into the particulate filter 69. However, in the embodiment according to the present invention, as shown in FIG. 5, the reducing agent supply valves 77a and 77b are positioned so that the entire one end surface 69f of the particulate filter 69 is covered with the reducing agent sprays Ra and Rb. Therefore, the reducing agent should be NO_XIt becomes possible to supply the entire catalyst.
[0048]
NO_XWhen the reducing agent is to be supplied to the catalyst, as shown in FIG. 6, a reducing agent in an amount of QR is supplied intermittently at a time interval INT from each of the reducing agent supply valves 77a and 77b. The
[0049]
Here, as the filter partial temperatures TFA and TFB become higher, NO_XThe reaction rate of the reducing agent on the catalyst is increased. This causes the reducing agent to react quickly with oxygen, i.e. NO._XThe amount of reducing agent used for the reducing action of is reduced. Therefore, in the embodiment according to the present invention, as indicated by the curve A in FIG. 7A, the reducing agent supply amount QR of the reducing agent supply valve 77a increases as the filter partial temperature TFA increases, and FIG. ), The reducing agent supply amount QR of the reducing agent supply valve 77b increases as the filter partial temperature TFB increases as indicated by the curve B. Further, as indicated by the curve A in FIG. 7B, the time interval INT of the reducing agent supply valve 77a decreases as the filter partial temperature TFA increases, and as indicated by the curve B in FIG. 7B. As the filter partial temperature TFB increases, the time interval INT of the reducing agent supply valve 77b decreases.
[0050]
On the other hand, the radius of curvature of the axis of the annular exhaust pipe 67 passing through the filter portion FPB is larger than the radius of curvature of the axis of the annular exhaust pipe 67 passing through the filter portion FPA. The axis of the annular exhaust pipe 67 facing the end faces 69f and 69r of the 69 changes its direction almost at right angles immediately before these end faces 69f and 69r. In this case, the amount or flow rate of the exhaust gas that passes through the filter portion FPB is larger than the amount or flow rate of the exhaust gas that passes through the filter portion FPA, and therefore the residence time of the reducing agent in the filter portion FPB is reduced. The residence time is shorter.
[0051]
Therefore, in the embodiment according to the present invention, as shown in FIGS. 7A and 7B, the reducing agent supply amount QR in the reducing agent supply valve 77b is larger than the reducing agent supply amount QR in the reducing agent supply valve 77a. The time interval INT in the reducing agent supply valve 77b is made smaller than the time interval INT in the reducing agent supply valve 77a.
[0052]
Therefore, generally speaking, the temperatures of the filter parts FPA and FPB corresponding to the reducing agent supply actions such as the reducing agent supply amount and the reducing agent supply timing in the reducing agent supply valves 77a and 77b, respectively, or the corresponding filter parts respectively. This means that the values are set based on the amount of exhaust gas flowing through the FPA and FPB. Alternatively, it can be seen that the reducing agent supply actions of the reducing agent supply valves 77a and 77b are different from each other. In this way, excess or deficiency does not occur in the reducing agent supplied to the filter portions FPA and FPB.
[0053]
Then for example NO_XNO accumulated in catalyst_XWhen the amount becomes almost zero, the reducing agent supply action from the reducing agent supply valves 77a and 77b is stopped.
[0054]
FIG. 8 shows a routine for executing the above-described reducing agent supply control. This routine is executed by interruption every predetermined time.
[0055]
Referring to FIG. 8, first, at step 100, the reducing agent supply valves 77a and 77b are controlled to NO._XIt is determined whether or not the reducing agent should be supplied to the catalyst. NO from the reducing agent supply valves 77a and 77b_XWhen the reducing agent is to be supplied to the catalyst, the routine proceeds to step 101 where the switching valve 61 is switched to the weak forward flow position shown in FIG. In the subsequent step 102, the reducing agent supply amount QR and the supply time interval INT in the reducing agent supply valves 77a and 77b are calculated from the map of FIG. In the subsequent step 103, a reducing agent is supplied in accordance with these QR and INT. In the following step 104, it is determined whether or not the reducing agent supply operation should be stopped. When the reducing agent supply action is to be continued, the processing cycle is terminated, and when the reducing agent supply action is to be stopped, the routine proceeds to step 105 where the reducing agent supply action is stopped. In the subsequent step 106, the switching valve 61 is returned to the position before the reducing agent supply operation is started.
[0056]
In the embodiments described so far, NO_XNO accumulated in catalyst_XWhen the reducing agent is supplied from the reducing agent supply valves 77a and 77b in order to reduce the amount, the switching valve 61 is temporarily held at the weak forward flow position. However, in this case, a large amount of exhaust gas does not pass through the particulate filter 69, so that the fine particles contained in the large amount of exhaust gas cannot be collected.
[0057]
Therefore, in another embodiment according to the present invention, the reducing agent is supplied from the reducing agent supply valves 77a and 77b when the switching valve 61 is switched from the backflow position to the forward flow position. In this way, NO_XNO accumulated in catalyst_XThere is no need to hold the switching valve 61 in the weak forward flow position in order to reduce the amount.
[0058]
FIG. 9 shows the flow rate of the exhaust gas flowing through the filter parts FPA and FPB of the particulate filter 69 when the switching valve 61 is switched from the backflow position to the forward flow position. In FIG. The flow rate of the exhaust gas passing through the FPA, and the curve B shows the flow rate of the exhaust gas passing through the filter portion FPB.
[0059]
In FIG. 9, an arrow X represents a time when a signal for switching the switching valve 61 from the backflow position to the forward flow position is issued to the switching valve driving step motor 60, and when this signal is issued, the switching valve 61 is moved to the backflow position. To the forward flow position. As a result, as shown in FIG. 9, the exhaust gas flow rate in the reverse flow direction gradually decreases, and once it becomes zero, the exhaust gas flow rate in the forward flow direction gradually increases.
[0060]
As described above, when the switching valve 61 is switched from the backflow position to the forward flow position, the flow rate of the exhaust gas flowing through the filter portions FPA and FPB temporarily decreases._XIt is possible to reduce the amount of reducing agent required to make the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the catalyst rich. Further, if a reducing agent is supplied when a small amount of exhaust gas is flowing in the forward flow direction, the reducing agent supplied from the reducing agent supply valves 77a and 77b becomes NO by this exhaust gas._XAs described above, it is diffused throughout the catalyst.
[0061]
Therefore, in another embodiment according to the present invention, the reducing agent is supplied from the reducing agent supply valves 77a and 77b when the flow rate of the exhaust gas flowing in the forward flow direction in the filter portions FPA and FPB becomes a slight constant amount Q0. I am doing so. That is, in the example shown in FIG. 9, when the time indicated by the arrow YA is reached, the reducing agent is injected from the reducing agent supply valve 77a only once, for example, and when the time indicated by the arrow YB is reached, the reducing agent is supplied from the reducing agent supply valve 77b. Is injected only once, for example.
[0062]
The time required for the flow rate of the exhaust gas flowing in the forward flow direction in the filter portions FPA and FPB to become the above-mentioned Q0 after the signal for switching the switching valve 61 from the reverse flow position to the forward flow position is generated is the unit time from the internal combustion engine. As the amount of exhaust gas exhausted per hit increases, the amount of exhaust gas decreases, and the amount of exhaust gas increases as the engine load L represented by the amount of depression of the accelerator pedal increases. Therefore, in another embodiment according to the present invention, as shown by a curve A in FIG. 10B, the standby time SBT in the reducing agent supply valve 77a becomes shorter as the engine load L becomes higher, and FIG. As shown by the curve B, the standby time SBT in the reducing agent supply valve 77b is shortened as the engine load L increases, and the standby time after the signal for switching the switching valve 61 from the reverse flow position to the forward flow position is generated. When only SBT has elapsed, the reducing agent is supplied from the reducing agent supply valves 77a and 77b.
[0063]
Further, as shown in FIG. 9, after the signal for switching the switching valve 61 from the backflow position to the forward flow position is issued, the flow rate of the exhaust gas flowing in the forward flow direction in the filter portion FPA becomes Q0 described above. The time required is longer than the time required until the flow rate of the exhaust gas flowing in the forward flow direction in the filter portion FPB becomes Q0 after the signal for switching the switching valve 61 from the reverse flow position to the forward flow position is issued. . Therefore, in another embodiment according to the present invention, as shown in FIG. 10B, the standby time SBT in the reducing agent supply valve 77a is longer than the standby time SBT in the reducing agent supply valve 77b.
[0064]
On the other hand, NO increases as the engine load L increases._XThe residence time of the reducing agent in the catalyst is shortened. Therefore, in another embodiment according to the present invention, the reducing agent supply amount QR in the reducing agent supply valve 77a increases as the engine load L increases as shown by the curve A in FIG. As indicated by curve B in A), the reducing agent supply amount QR in the reducing agent supply valve 77b increases as the engine load L increases.
[0065]
Furthermore, as described above, the retention time of the reducing agent in the filter portion FPB is shorter than the retention time of the reducing agent in the filter portion FPA. Therefore, as shown in FIG. 10A, the reducing agent supply amount QR in the reducing agent supply valve 77b is made larger than the reducing agent supply amount QR in the reducing agent supply valve 77a.
[0066]
FIG. 11 shows a routine for executing the reducing agent supply control according to another embodiment described above. This routine is executed by interruption every predetermined time.
[0067]
Referring to FIG. 11, first, at step 110, the reducing agent supply valves 77a and 77b are controlled to NO._XIt is determined whether or not the reducing agent should be supplied to the catalyst. NO from the reducing agent supply valves 77a and 77b_XWhen the reducing agent should be supplied to the catalyst, the routine proceeds to step 111 where it is determined whether or not the position of the switching valve 61 should be switched from the backflow position to the forward flow position. When the position of the switching valve 61 is not to be switched from the backflow position to the forward flow position, the processing cycle is terminated. When the position of the switching valve 61 is to be switched from the backflow position to the forward flow position, the routine proceeds to step 112 where the reducing agent supply amount QR and standby The time SBT is calculated from the map of FIG. In the following step 113, the reducing agent is supplied according to these QR and SBT.
[0068]
Note that the reducing agent may be supplied when the switching valve 61 is switched from the forward flow position to the reverse flow position. However, in this case, the reducing agent supplied from the reducing agent supply valves 77a and 77b is NO._XThere is a risk of returning to the annular exhaust pipe 67 before reaching the catalyst.
[0069]
FIG. 12 shows still another embodiment according to the present invention. In the embodiment shown in FIG. 12, the particulate filter 69 is composed of a plurality of, for example, three particulate filters 69a, 69b, 69c arranged in parallel with each other. That is, three filter housing chambers 68a, 68b, 68c arranged in parallel with each other in the annular exhaust pipe 67 are formed, and the particulate filters 69a, 69b are respectively provided in the corresponding filter housing chambers 68a, 68b, 68c. , 69c. In addition, three reducing agent supply valves 77a, 77b, 77c are attached to the annular exhaust pipe 67, and these reducing agent supply valves 77a, 77b, 77c are respectively one end faces 69af, 69bf, 69cf of the corresponding particulate filters. It is arranged facing each other.
[0070]
Here, the reducing agent supply valves 77a, 77b, and 77c are positioned so that the entire one end faces 69af, 69bf, and 69cf of the corresponding particulate filter are covered by the reducing agent spray from the reducing agent supply valves 77a, 77b, and 77c, respectively. Has been. Therefore, in this case also, the reducing agent is NO._XIt becomes possible to supply the entire catalyst.
[0071]
Also in the embodiment shown in FIG. 12, the reducing agent supply action of the reducing agent supply valves 77a, 77b, 77c is the temperature of the corresponding particulate filter 69a, 69b, 69c, or the corresponding particulate filter 69a, 69b, 69c. Each is set based on the amount of exhaust gas flowing through.
[0072]
In the embodiment shown in FIG. 2, the cross section of the particulate filter 69 is elliptical, whereas in the embodiment shown in FIG. 12, the cross sections of the particulate filters 69a, 69b, 69c are circular. . As a result, the exhaust gas easily flows uniformly through the particulate filters 69a, 69b, and 69c, and therefore, the reducing agent is easily supplied uniformly. Further, the capacity of the individual particulate filters 69a, 69b, 69c can be reduced, and therefore the space required for mounting the catalytic converter 22 can be reduced. Further, a plurality of catalytic converters 22 can be arranged in series. In this way, it is NO whether it is forward or backward._XA reducing agent can be supplied to the catalyst, and NO_XIt becomes possible to easily supply the reducing agent to the entire catalyst.
[0073]
In the embodiments described so far, the reducing agent supply valve is arranged so as to face only one end face of the particulate filter. However, the reducing agent supply valve can also be arranged so as to face both end faces of the particulate filter.
[0074]
Also, in the embodiments described so far, NO_XNO accumulated in catalyst_XNO from the reducing agent supply valve to reduce the amount_XThe present invention is applied when supplying a reducing agent to a catalyst. However, NO_XAccumulated SO in catalyst_XNO from the reducing agent supply valve to reduce the amount_XThe present invention is also applied when a reducing agent is supplied to the catalyst or when the reducing agent is supplied from the reducing agent supply valve to the particulate filter in order to perform temperature rise control to oxidize and remove the deposited fine particles on the particulate filter 69. Can be applied.
[0075]
Where NO_XAccumulated SO in catalyst_XNO from the reducing agent supply valve to reduce the amount_XThe case where the reducing agent is supplied to the catalyst will be described in a little more detail. In the exhaust gas, sulfur content is SO_XIs included in the form of NO_XNO in the catalyst_XNot only SO_XCan also be stored. This SO_XNO_XThe accumulation mechanism in the catalyst is NO_XThis is considered to be the same as the accumulation mechanism. That is, when the case where platinum Pt and barium Ba are supported on a carrier is simply described as an example, NO_XWhen the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the catalyst is lean, as described above, oxygen O₂Is O₂ ⁻Or O^2-Attached to the surface of platinum Pt in the form of SO₂Is O on the surface of platinum Pt.₂ ⁻Or O^2-Reacts with SO₃It becomes. The generated SO₃NO is being oxidized on platinum Pt_XIt is absorbed in the catalyst and binds to barium oxide BaO, while sulfate ion SO₄ ⁻NO in the form of_XIt diffuses into the catalyst. This sulfate ion SO₄ ⁻Then barium ion Ba⁺Combined with sulfate BaSO₄Is generated.
[0076]
This sulfate BaSO₄Is difficult to decompose, NO_XEven if the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the catalyst is simply rich, NO_XSulfate BaSO in the catalyst₄The amount of does not decrease. For this reason, as time passes, NO_XSulfate BaSO in the catalyst₄The amount of NO increases, resulting in NO_XNO that the catalyst can store_XThe amount of will decrease.
[0077]
However, NO_XNO while maintaining the catalyst temperature above 550 ° C_XIf the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the catalyst is rich or stoichiometric, NO_XSulfate BaSO in the catalyst₄Decomposes into SO₃NO in the form of_XReleased from the catalyst. This released SO₃If exhaust gas contains a reducing agent, ie, HC or CO, it reacts with HC and CO to react with SO.₂To be reduced. In this way NO_XSO stored in the catalyst_XThe amount of NO decreases gradually, at this time NO_XFrom catalyst to SO_XIs SO₃It will not leak out.
[0078]
So, for example, NO_XAccumulated SO in catalyst_XNO when the amount exceeds the allowable amount_XTo increase the temperature of the catalyst to 550 ° C and then maintain it above 550 ° C, and NO_XAccumulated SO in catalyst_XFrom the reducing agent supply valves 77a and 77b to reduce the amount of NO_XA reducing agent can be temporarily supplied to the catalyst. In this case, NO_XThe air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the catalyst is temporarily switched to rich.
[0079]
【The invention's effect】
NO_XReducing agent can be supplied to the entire catalyst, so NO_XNO over the entire catalyst_XIt can be used effectively for purification.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an overall view of an internal combustion engine.
FIG. 2 is a diagram showing a structure of a catalytic converter.
FIG. 3 is a diagram for explaining the flow of exhaust gas in a normal state.
FIG. 4 is a partial enlarged cross-sectional view of a partition wall of a particulate filter.
FIG. 5 is a view for explaining a reducing agent supply operation;
FIG. 6 is a view for explaining a reducing agent supply operation.
FIG. 7 is a diagram showing a reducing agent supply amount and a time interval.
FIG. 8 is a flowchart for executing reducing agent supply control;
FIG. 9 is a diagram showing an exhaust gas flow rate in a filter portion.
FIG. 10 is a diagram showing a reducing agent supply amount and a delay time.
FIG. 11 is a flowchart for executing reducing agent supply control;
FIG. 12 is a view showing the structure of a catalytic converter according to still another embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
1 ... Engine body
20a ... exhaust pipe
22 ... Catalytic converter
61 ... Switching valve
67 ... Annular exhaust pipe
65, 66 ... Inflow / outflow port
69 ... Particulate filter
69f: One end face of the particulate filter
77a, 77b ... reducing agent supply valve
80 ... NO_Xcatalyst
Ra, Rb ... Reducing agent spray

Claims

Stores NO _X in the exhaust gas flowing in when the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is lean, and stores that reducing agent is contained in the exhaust gas when the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas decreases An NO _X catalyst that reduces the amount of NO _X stored by reducing NO _X is disposed in an annular branch passage that branches from the engine exhaust passage and extends in an annular shape and then returns to the engine exhaust passage, and the exhaust gas is annular While leading to one end of the branch passage, the forward flow position where the exhaust gas flows out from the other end of the annular branch passage into the engine exhaust passage downstream of one end of the annular branch passage, and the exhaust gas is guided to the other end of the annular branch passage. in this case comprises a switching valve that can switch between one end backflow position where the exhaust gas flows out into the downstream of the exhaust passage than the other end of the annular branch passages from the annular branch passage while reducing the N O _X catalyst Return to supply agent The agent feed valve in the exhaust purification system of an internal combustion engine arranged in an annular branch passage between the switching valve and the NO _X catalyst, comprising a plurality of reducing agent supply valve, these reducing agent supply valve to one end face of the NO _X catalyst When face-to-face and the switching valve is switched from the forward flow position to the reverse flow position or vice versa, the amount of exhaust gas flowing through the annular branch passage temporarily decreases and the amount of exhaust gas that bypasses the annular branch passage accordingly There adapted to increase, respectively, from the reducing agent feed valve when the amount of exhaust gas switching valve is switched to or vice versa backflow position from the forward flow position thereby flowing in the NO _X catalyst portion is reduced supplies a reducing agent to the NO _X catalyst portion facing the reducing agent is supplied thereto NO _X catalyst portion when the amount of exhaust gas flowing through the NO _X catalyst portion becomes small amount, respectively As such, an exhaust purifying apparatus for an internal combustion engine which sets the reducing agent supply timing for each reducing agent supply valve.

An exhaust purification system of an internal combustion engine according to claim 1, substantially the entire is positioned respectively a reducing agent feed valve so as to be covered in one end face of the NO _X catalyst by spraying the reducing agent formed by the reducing agent feed valve.

The NO _X catalyst is composed of a plurality of NO _X catalysts arranged in parallel with each other in the annular branch passage, and the plurality of reducing agent supply valves are arranged facing one end surface of the corresponding NO _X catalyst. Exhaust gas purification device for internal combustion engine.

The exhaust purification device for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the NO _X catalyst is supported on a particulate filter for collecting particulates contained in the exhaust gas .

The exhaust emission control device for an internal combustion engine according to claim 4 , wherein the switching valve is switched from the forward flow position to the reverse flow position or vice versa when the amount of fine particles accumulated on the particulate filter exceeds an allowable amount .